Escuela de Ingeniería Química

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ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA DE LA PRODUCCIÓN DE MATERIAL BITUMINOSO LIGANTE (MBL) A PARTIR DE LODOS ACEITOSOS
(Universidad Industrial de Santander, 2023-05-01) Perdomo Sánchez, Aura Michelle; Martínez Rey, Ramiro; López Contreras, Yuly Fernanda; Benavides Prada, Omar Andrés; Laverde Cataño, Dionicio Antonio
El volumen de lodos aceitosos se ha incrementado significativamente a lo largo de los años, causando un impacto ambiental negativo al ser almacenado; por lo que se buscan diferentes alternativas que permitan disminuir el daño al medio ambiente; una de esas alternativas es su uso en la producción de emulsiones asfálticas. A partir de la metodología de análisis de ciclo de vida (ACV) y el uso del software OpenLCA se analizarán los diferentes impactos ambientales que tendrá el uso de lodos como materia prima en la producción de material bituminoso ligante (MBL) para su aplicación en vías terciarias. Para esto se debe tener en cuenta las propiedades y características de los lodos aceitosos, el requerimiento energético, las etapas de producción, los recursos e insumos y la normativa vigente. A partir de los resultados obtenidos se concluye que los impactos están relacionados directamente al volumen de producción de MBL y que son causados principalmente por las emisiones de vapores y material particulado. La etapa de modificación térmica tendrá la mayor carga ambiental en categorías como cambio climático, toxicidad con efectos carcinógenos y no carcinógenos, y ecotoxicidad terrestre y marina. Aunque es necesario destacar que no se tienen impactos negativos significativos por lo que se establece que es un proceso que no afectará considerablemente el medio ambiente y/o la salud humana.
Análisis de la filosofía de operación y control de una torre desetanizadora en una planta de procesamiento de gas existente
(Universidad Industrial de Santander, 2023-11-15) Gomez Mazo, Ivone Andrea; Godoy Ruiz, Carlos Augusto; Guerrero Amaya, Hernando; Benavides Prada, Omar Andrés; Muvdi Nova, Carlos Jesús
Una torre desetanizadora opera desde la década de los 60´s, y está diseñada para producir un flujo de gas de reciclo de 3.768.000 SCFD, según la cromatografía se determinó que en el tope tiene un % recobro de etano del 93%, obteniendo una operación de almacenamiento optima. Hoy en día la torre desetanizadora opera a un 20% de su capacidad, con condiciones de operación totalmente diferentes a las iniciales, obteniendo así un % de recobro de etano en el tope del 76% teniendo al límite el almacenamiento de los productos de fondo. El análisis de la filosofía de operación y control de la torre desetanizadora nos permite conocer el funcionamiento y las variables fundamentales de operación para evaluar los efectos de las condiciones actuales de operación, respecto a la de diseño, en términos de presión, temperatura y flujo, y cómo afectan estos cambios en la separación y despojo del etano; mediante un software de simulación de procesos como Aspen HYSYS se evidencia estos cambios y se define una propuesta de mejora en cuestión de separación y despojo del etano obteniendo así mayor calidad en los productos de fondo de la torre.
Diseño conceptual del proceso de concentración de POME por aspersión a escala piloto industrial
(Universidad Industrial de Santander, 2024-11-12) Restrepo Lizcano, David Andrés; Guerrero Sánchez, Edwan Harley; Muvdi Nova, Carlos Jesús; Nabarlatz, Debora Alcida; Benavides Prada, Omar Andrés
El efluente de las plantas de beneficio de aceite de palma (POME) se produce en grandes cantidades y presenta altos contenidos de materia orgánica. Tradicionalmente, el tratamiento del POME utiliza sistemas de lagunas de oxidación abiertas a la atmósfera que generan gases de efecto invernadero (GEI). El objetivo de la investigación es diseñar conceptualmente un sistema de concentración de POME por aspersión a escala piloto industrial que remueva el 50% del agua presente en el efluente utilizando gases de combustión. El diseño contempla un pretratamiento que incluye una criba y un desarenador que remueven partículas mayores a 180 µm para evitar obstrucción y abrasión en equipos posteriores. El sistema de concentración se diseñó teniendo en cuenta modelos reológicos analíticos que demostraron la posibilidad de pulverizar POME en gotas con diámetro promedio de 656 µm utilizando Python. El balance de masa y energía de la cámara de concentración se realizó mediante Microsoft Excel ® a partir de fundamentos de humidificación de gases; la cámara tiene una boquilla Delavan SF-90 y un separador tipo ciclón Stairmand. Los planos de los equipos y la simulación del flujo del gas de secado dentro de la cámara se realizaron mediante SolidWorks 2020®. Además, se dimensionaron y seleccionaron equipos auxiliares como un intercambiador de tubo y coraza, bomba hidráulica y soplador. Además, el piloto presenta una columna de enfriamiento de contacto directo que recupera parte del agua removida (121 kg/h) de los gases húmedos a la salida de la cámara; la columna se simuló en Aspen Plus®. Asimismo, se realizó el balance de energía en estado dinámico para el sistema de almacenamiento de agua de enfriamiento utilizando MATLAB Simulink ®. Se estimó que el agua recuperada en el proceso puede presentar valores elevados de sulfatos y cloro, por lo tanto, se requerirá de un tratamiento para su uso.
Diseño de una estrategia didáctica para potenciar el aprendizaje activo en la asignatura de control de procesos en Ingeniería Química
(Universidad Industrial de Santander, 2024-11-11) Gomez Capera, Angela Maria; Molano Gonzalez, Laura Fernanda; Ballesteros Rueda, Luz Marina; Avellaneda Vargas, Fredy Augusto; Benavides Prada, Omar Andrés
Este trabajo de grado en modalidad práctica en docencia se enfocó en mejorar el aprendizaje activo de Control de Procesos de Ingeniería Química, mediante el desarrollo de un Objeto Virtual de Aprendizaje (OVA) y la adecuación de prototipos para prácticas experimentales. El OVA fue desarrollado utilizando Tecnologías de la Información y la Comunicación (TICs), a través del software Genial.ly. Se recopiló la información necesaria para la elaboración del material audiovisual que facilita la comprensión de conceptos teóricos en un entorno interactivo. Además, se ajustaron y pusieron en funcionamiento los prototipos experimentales realizados por estudiantes en semestres previos, reestructurando y complementando los manuales existentes. Para evaluar la efectividad de la estrategia didáctica se realizó una prueba piloto donde los estudiantes utilizaron el OVA y los prototipos. Posteriormente calificaron su experiencia mediante dos encuestas de satisfacción respectivamente. Los resultados de la primera encuesta revelaron una amplia aceptación de la herramienta virtual con un 57.1% de los estudiantes calificando el recurso como excelente y el 38.6% como bueno. Por otro lado, en la segunda encuesta, los dieciséis estudiantes que se encargaron de validar la experiencia en el laboratorio destacaron la utilidad de los prototipos por su facilidad manejo y funcionalidad. Esto confirmó que la integración de recursos tecnológicos con las prácticas es eficaz para mejorar la experiencia educativa y fomentar el aprendizaje activo.
Estudio técnico, económico y de impacto ambiental del proceso de absorción química de CO2 mediante el uso de aminas (MEA y MDEA) y amoniaco (NH3).
(Universidad Industrial de Santander, 2023-03-16) Mesa Niño, Fabiana Andrea; Rodríguez Montes, Angie Melisa; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio; Uribe Rodríguez, Ariel; Valderrama Ríos, Claudia Marcela; Dallos Rueda, Diego Fernando; Benavides Prada, Omar Andrés; Nabarlatz, Débora Alcida
En esta investigación se realizó una evaluación técnico-económica y ambiental mediante un modelo de simulación desarrollado en Aspen plus, con el fin de determinar la composición ideal del solvente basado en MEA y MDEA para la captura de dióxido de carbono por absorción química. La metodología para el desarrollo de esta investigación se dividió en cuatro fases, se inició con la construcción de un modelo base que representara el proceso de captura de CO2 con MEA, considerando un gas efluente de una planta de generación de energía eléctrica. El modelo fue validado con respecto a los datos operacionales de planta, obteniendo desviaciones en los perfiles de temperatura del absorbedor y desorbedor menores al 10%. En la siguiente etapa de la investigación, se realizó el análisis técnico-económico y de impacto ambiental, obteniendo costos de captura y de abatimiento de CO2 de 29,3 USD/(t CO_2 ) y 61,6 USD/(t CO_2 ) respectivamente, con una intensidad de carbono (IC) de 0,524. Estos indicadores se encuentran dentro de los rangos reportados para esta tecnología de captura de carbono. A partir de la simulación del caso base, usando MEA como solvente, se investigó cuál debería ser la composición de la mezcla de aminas (MEA + MDEA) que cumpliera con una IC de 0,524, es decir el mismo indicador ambiental que la MEA. Para ello, se realizaron simulaciones a diferentes composiciones del solvente y variando la carga de CO2. Se encontró una composición 70% (MEA) y 30% (MDEA) como la composición cercana al target de IC. Adicionalmente, esta mezcla de solventes disminuye el porcentaje de captura con respecto a MEA; reduce en un 25.38% el OpEx debido a menor requerimiento de calor en la regeneración; e incrementa el costo de captura en 3.7% y el costo de abatimiento en 6.4%. comparado con el solvente basado en MEA. Por último, se realizó un análisis de sensibilidad a la composición del gas efluente, con el fin de simular el proceso de captura de CO2 usando corrientes típicas de la industria de la refinación de petróleo. Este ejercicio es fundamental para analizar el comportamiento a escala piloto en particular para concentraciones diluidas de dióxido de carbono.
Propuesta empresarial en la ciudad de Bucaramanga para la producción y comercialización de un combustible sólido alternativo mediante la transformación de residuos sólidos urbanos en briquetas y pellets
(Universidad Industrial de Santander, 2022-09-13) Sosa Parra, Zamir Andrés; Morales Medina, Giovanni; Avellaneda Vargas, Fredy Augusto; Benavides Prada, Omar Andrés
El presente documento presenta una propuesta para la creación de una empresa dedicada a la producción y comercialización de pellets y briquetas como nuevas alternativas para el uso de desechos maderables tipo aserrín, actualmente es un residuo que llega a rellenos sanitarios y en algunos casos no se le da una disposición final adecuada, llevando a una contaminación paisajística y contribuyendo a la acumulación en lugares diferentes a la de su optima recepción. (Martín, s.f.) Este proyecto tiene como propósito elaborar un combustible sólido amigable con el medio ambiente para el sector urbano que requiere calentamiento por medio de combustibles sólidos. Asimismo, los aserríos, carpinterías y demás establecimientos que desechen materiales procedentes de la madera requieren de la recolección y tratamiento de sus residuos sólidos. Las briquetas y pellets se comportan como un combustible sólido de tipo carbón vegetal, leña u otro tipo de briquetas. El producto propuesto tiene poder calorífico superior al proporcionado por la leña y similar al carbón (Valores obtenidos en las pruebas de transferencia de calor a 500 ml de agua por 130 gramos del producto), generando cenizas que pueden ser utilizadas como abono porque contienen un alto porcentaje de celulosa proporcionando nutrientes como potasio y fosforo. (AGRICULTURA ECOLOGICA , 2021) El sector del pellet reporto un récord de utilización en el año 2014 y en las proyecciones obtenidas entre 2016 a 2026 se prevé un crecimiento del sector de las briquetas y pellets con algunas fluctuaciones en el 2023 y 2024 mostrando mayor aceptación por estas alternativas con el pasar de los años. (Thomas, 2021) El proyecto tiene una TIR de 39% y VPN $131.100.000 COP.
Simulación de la Adsorción de Metano en Carbón Activado por medio de Dinámica Molecular
(Universidad Industrial de Santander, 2022-11-06) Saravia Castañeda, Andrés Felipe; Prada Rivera, Haider Yilfren; Morales Medina, Giovanni ; Ramírez Caballero, Gustavo Emilio; Benavides Prada, Omar Andrés
Resumen Título: Simulación de la adsorción de metano en carbón activado por medio de dinámica molecular* Autores: Andrés Felipe Saravia Castañeda, Haider Yilfren Prada Rivera ** Palabras clave: Adsorción, Metano, Carbón Activado, Dinámica Molecular, LAMMPS. Descripción: En este trabajo, diferentes simulaciones de la captura de metano con carbón activado a varias presiones fueron desarrolladas, por medio de la aplicación de los algoritmos de la dinámica molecular (DM) y el campo de fuerza COMPASS. La celda de simulación fue construida con base en láminas de grafeno de 41 anillos (108 átomos de C y 30 átomos de H); la celda de carbón activado fue representado por 48 láminas de grafeno, en una caja de con dimensiones 50x50x50 Å3. La celda de carbón activado fue relajada por medio de una simulación con DM, utilizando el programa de uso libre LAMMPS, para la generación de una estructura estable. La estructura estable de carbón activado fue rodeada con diferente cantidad de moléculas de metano, conformando una estructura de simulación de 150x150x150 Å3; el número de moléculas de metano fue fijado, según la presión de trabajo, para 1, 5, 10, 15, 30 y 60 atm. Las simulaciones de la adsorción de metano con carbón activado a las diferentes presiones fueron ejecutadas por DM, utilizando el programa LAMMPS. Según los resultados de simulación, la celda de carbón activado de configuración estable un tamaño de poro promedio o distancia promedio entre las láminas de grafeno, de 2,85 Å. Este valor de tamaño de poro se encuentra en el intervalo de valores de poro reportado por varios documentos de literatura. Asimismo, según la simulación de la adsorción de metano en carbón activado mostró resultados concordantes con los reportes de literatura; según los resultados, un aumento en la presión del sistema conduce a un aumento en la adsorción de metano. Aunque los resultados del presente documento concuerdan con diferentes reportes de literatura, el desarrollo de simulaciones considerando un tamaño de poro promedio es recomendable para futuros trabajos en el tema.
Simulación Molecular de la Adsorción de Hidrocarburos Aromáticos en Carbón Activado
(Universidad Industrial de Santander, 2023-11-08) Nocua Paba, Juan Diego; Rodriguez Delgado, Silvia Valentina; Morales Medina, Giovanni; Benavides Prada, Omar Andrés; Martínez Rey, Ramiro
Los hidrocarburos aromáticos (HA) son compuestos orgánicos que se generan en procesos de combustión y refinado, evaporándose rápidamente en el aire y causando problemas ambientales y de salud. Para reducir su impacto, los HA como el benceno puede ser adsorbidos o capturados en carbón activado (CA); la comprensión de las interacciones HA-CA puede ayudar en el diseño y la operación de los respectivos equipos industriales En el presente trabajo se analizaron las interacciones y la eficiencia de la adsorción de benceno en CA, utilizando dinámica molecular con el campo de fuerza COMPASS. La celda de simulación de CA de dimensiones de 50x50x50 Å3 fue construida a partir de 39 láminas de grafeno; la celda fue estabilizada y relajada generando una estructura estable. Esta celda fue rodeada con moléculas de benceno, alcanzando presiones de 1 a 60 atm. Las simulaciones fueron ejecutadas en el programa de uso libre LAMMPS. Según los resultados la celda de CA reportó un tamaño de poro promedio de 2,905 Å. También, la adsorción de benceno reportó un incremento concordante con un aumento en la presión. Además, parte de las moléculas de benceno cercanas a la superficie del CA presentaron una orientación paralela entre sí, debido al momento cuadrupolar del benceno, el cual se genera por sus interacciones electrostáticas. Los resultados fueron similares a los reportados en la literatura, donde al aumentar la presión se favorece la adsorción de benceno.

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